Результат интеллектуальной деятельности: ПРОТЕЗ КЛАПАНА СЕРДЦА

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в кардиохирургии для замены пораженных естественных аортальных и митральных клапанов сердца человека. Не менее успешно настоящее изобретение может быть использовано для замены пораженного трикуспидального клапана.

Известен протез клапана сердца [1], содержащий кольцеобразный корпус с фиксирующими элементами, ограниченными опорными, обращенными к прямому и обратному потокам крови поверхностями и боковой поверхностью, обращенной к центральной оси корпуса, и створки, установленные в кольцеобразном корпусе с возможностью поворота между положением открытия, обеспечивающим прохождение прямого потока крови, и положением закрытия, ограничивающим обратный поток крови, каждая из которых имеет боковую наружную поверхность, на которой выполнены выступы с опорными поверхностями, обращенными к прямому потоку крови, которые взаимодействуют с соответствующими опорными поверхностями упомянутого фиксирующего элемента корпуса, поверхность смыкания, взаимодействующую с соответствующей поверхностью смыкания другой створки в закрытом положении, на которой расположены выступы с опорными поверхностями, обращенными к обратному потоку и взаимодействующими с опорной поверхностью фиксирующего элемента корпуса, восходящую и нисходящую поверхности, обращенные соответственно к прямому и обратному потокам крови, причем на нисходящей поверхности створок выполнены выступы-кулачки, предотвращающие смыкание створок в открытом положении и ограничивающие угол открытия створок.

Этот протез, как показал опыт клинического применения, обладает хорошими гемодинамическими характеристиками, небольшим процентом тромботических и тромбоэмболических осложнений, однако створки, разделяющие гидравлическое отверстие корпуса на три сегмента, вызывают нарушение однородной ламинарной структуры потока крови, в котором образуются застойные зоны, что сохраняет возможность тромботических осложнений.

Известен протез клапана сердца [2], содержащий кольцеобразный корпус, створки с возможностью поворота и образования основной зоны проходного сечения по центру отверстия корпуса и ограничители поворота створок. Ограничители поворота створок представляют собой две пары выступов, расположенных на торцевой поверхности корпуса, обращенной к нисходящему потоку крови, которые, взаимодействуя с боковыми поверхностями створок, обеспечивают ограничение угла их поворота и неразъемное соединение с корпусом.

Этот протез обеспечивает выведение створок из внутреннего отверстия корпуса, повышая тем самым однородность структуры потока. Однако выполнение ограничителей поворота створок на торцевой поверхности корпуса вызывает увеличение габаритов протеза и увеличивает риск ограничения перемещения створок внутрисердечными структурами.

Этот протез клапана выбран нами в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение тромборезистентности клапана сердца.

Предложен протез клапана сердца, содержащий кольцеобразный корпус с внутренней поверхностью, формирующей поток крови через протез, и створки, установленные в кольцеобразном корпусе с возможностью поворота вокруг условной оси вращения между положением открытия, обеспечивающим прохождение прямого потока крови, и положением закрытия, ограничивающим обратный поток крови, каждая из которых имеет восходящую поверхность, обращенную к прямому потоку крови, нисходящую поверхность, обращенную к обратному потоку крови, поверхность смыкания, взаимодействующую с соответствующей поверхностью смыкания другой створки в закрытом положении, и боковую поверхность, взаимодействующую с внутренней поверхностью корпуса. На внутренней поверхности корпуса выполнены, по крайней мере, два радиально ориентированных консольных выступа, направленных преимущественно перпендикулярно к условной оси вращения створок, а на каждой створке выполнен паз, охватывающий соответствующий консольный выступ на корпусе. При этом на боковых сторонах консольных выступов на корпусе, взаимодействующих с пазами на створках, выполнены поверхности, образующие опорную часть шарнира, а на внутренних сторонах паза каждой створки, обращенных к боковым поверхностям соответствующего консольного выступа корпуса, выполнены ответные поверхности, образующие подвижную часть шарнира.

Кроме этого внутренняя поверхность корпуса выполнена преимущественно цилиндрической, а нисходящая поверхность каждой створки выполнена в виде пересекающихся цилиндрической и конусной поверхностей. При этом диаметр цилиндрической нисходящей поверхности створки соответствует диаметру внутренней поверхности корпуса, причем при открытом положении створки образующая цилиндрической нисходящей поверхности приблизительно параллельна центральной оси корпуса.

Восходящая поверхность каждой створки выполнена в виде цилиндрической поверхности, диаметр которой соответствует или несколько больше диаметра внутренней поверхности корпуса, причем при открытом положении створки образующая цилиндрической восходящей поверхности приблизительно параллельна центральной оси корпуса.

Оптимальным конструктивным исполнением шарнирного соединения створок с корпусом является исполнение, при котором поверхности на консольных выступах, образующие опорную часть шарнира, выполнены в форме сегмента сферической выемки, а ответные поверхности, образующие подвижную часть шарнира, выполнены в форме сегмента сферического выступа.

Однако это не ограничивает сущность изобретения, и взаимодействующие поверхности шарнирного соединения могут быть выполнены любой другой формы, например в виде сегментов цилиндрических поверхностей.

Также на внутренней поверхности корпуса выполнены уступы, взаимодействующие с боковой поверхностью створок, находящихся в закрытом положении.

Без ограничения сущности изобретения в протезе клапана сердца может быть установлено как две, так и три и более створок. Причем для митральных и трикуспидальных клапанов целесообразна реализация протеза с двумя створками, а для аортального клапана - с тремя.

В предложенном протезе клапана сердца отсутствуют элементы, вносящие возмущения в поток крови или создающие застойные зоны, тем самым обеспечивается повышение тромборезистентности протеза.

При выполнении на внутренней поверхности корпуса радиально ориентированных консольных выступов, направленных преимущественно перпендикулярно к условной оси вращения створок, и выполнении на каждой створке ответных пазов, охватывающих соответствующие консольные выступы на корпусе, обеспечивается подвижное соединение створок с корпусом. При этом по сравнению с прототипами в два раза уменьшается количество шарнирных узлов, приходящихся на одну створку. Учитывая, что упомянутые шарнирные узлы являются основными потенциально опасными местами для тромбообразования и травмирования элементов крови, этим достигается повышение тромборезистентности протеза.

При выполнении на боковых сторонах консольных выступов на корпусе, взаимодействующих с пазами на створках, поверхностей, образующих опорную часть шарнира, и при выполнении на внутренних сторонах паза каждой створки, обращенных к боковым поверхностям соответствующего консольного выступа корпуса, ответных поверхностей, образующих подвижную часть шарнира, обеспечивается возможность вращения створки из положения открытия в положение закрытия вокруг оси шарнира. Тем самым обеспечивается выполнение основного функционального назначения клапана - пропускание прямого потока крови и ограничение обратного.

При выполнении внутренней поверхности корпуса преимущественно цилиндрической и выполнении нисходящей поверхности каждой створки в виде пересекающихся цилиндрической и конусной поверхностей, а также при выполнении диаметра цилиндрической нисходящей поверхности соответствующим диаметру внутренней поверхности корпуса обеспечивается взаимное соответствие упомянутых поверхностей. А именно, поскольку у створки в открытом положении центральная ось цилиндрической нисходящей поверхности выполнена параллельной центральной оси корпуса, то в открытом положении створка прилегает цилиндрической нисходящей поверхностью к внутренней поверхности корпуса практически по всему его периметру, исключая возможность образования каких-либо препятствий для кровотока. Поскольку другая часть нисходящей цилиндрической поверхности выполнена конусной, то этим обеспечивается создание наклонной к оси потока поверхности, при воздействии на которую обратного потока крови обеспечивается быстрый поворот створки и закрытие клапана. Предложенное выполнение нисходящей поверхности створки является оптимальным, но без ограничения сущности изобретения нисходящая поверхность створки может быть образована и другими поверхностями, например сферической, тороидальной, конусной или в виде двух пересекающихся цилиндрических поверхностей.

При выполнении восходящей поверхности каждой створки в виде цилиндрической поверхности, диаметр которой соответствует или несколько больше диаметра внутренней поверхности корпуса, обеспечивается образование восходящими поверхностями створок в их открытом положении приблизительно цилиндрического гидравлического отверстия, через которое прямой поток крови проходит беспрепятственно. При выполнении у створки в открытом положении центральной оси восходящей цилиндрической поверхности, приблизительно параллельной центральной оси корпуса, предотвращается создание излишней конфузорности отверстия, которая может привести к дополнительным энергетическим потерям.

При выполнении на внутренней поверхности корпуса уступов, взаимодействующих с боковой поверхностью створок, находящихся в закрытом положении, обеспечивается предотвращение выпадения створок из корпуса.

Указанные свойства обеспечивают создание положительного эффекта - повышение тромборезистентности, улучшение структуры потока крови и снижение травмы форменных элементов крови.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен внешний вид протеза в изометрии с тремя створками в открытом положении.

На фиг.2 представлен внешний вид протеза в изометрии с двумя створками в закрытом положении.

На фиг.3 показан кольцеобразный корпус протеза клапана, представленного на фиг.2, в изометрии.

На фиг.4 показан протез клапана сердца в разрезе по диаметральной плоскости.

На фиг.5 показана в изометрии створка протеза клапана сердца, изображенного на фиг.2.

На чертежах для удобства восприятия условно показан прямой поток крови I и обратный поток крови II.

Протез клапана сердца содержит кольцеобразный корпус 1 с внутренней поверхностью 2, формирующей поток крови I через протез клапана, и створки 3, установленные в кольцеобразном корпусе 1 с возможностью поворота вокруг условной оси вращения (показана штрихпунктиром 0-0) между положением открытия, обеспечивающим прохождение прямого потока крови I, и положением закрытия, ограничивающим обратный поток крови II. Каждая створка 3 имеет восходящую поверхность 4, обращенную к прямому потоку крови I, нисходящую поверхность 5, обращенную к обратному потоку крови II, поверхность смыкания 6 и боковую поверхность 7.

На внутренней поверхности 2 корпуса 1 выполнены радиально ориентированные консольные выступы 8, а на каждой створке выполнен соответствующий выступу паз 9.

На боковых сторонах 10 консольных выступов 8 выполнены вогнутые сферические поверхности 11, образующие опорную часть шарнира, а на внутренних сторонах 12 паза 9 каждой створки 3 выполнены ответные выпуклые сферические поверхности 13.

Внутренняя поверхность 2 корпуса 1 выполнена преимущественно цилиндрической, а нисходящая поверхность 5 каждой створки 3 выполнена в виде пересекающихся цилиндрической 5а и конусной 5b поверхностей, при этом образующая (показана штрихпунктиром 1-1) цилиндрической 5а нисходящей поверхности 5 выполнена параллельной центральной оси (показана штрихпунктиром 2-2) корпуса 1 (см. фиг.4).

Восходящая поверхность 4 каждой створки 3 выполнена в виде цилиндрической поверхности, причем у створки 3 в открытом положении образующая (показана штрихпунктиром 3-3) восходящей цилиндрической поверхности выполнена приблизительно параллельной центральной оси 2-2 корпуса 1.

На внутренней поверхности 2 корпуса 1 выполнены уступы 14.

Протез клапана сердца работает следующим образом.

При возникновении избыточного давления на входе протеза створки 3 поворачиваются вокруг оси вращения 0-0, при этом выпуклые сферические поверхности 13 в пазах 9 створок 3 взаимодействуют с вогнутыми сферическими поверхностями 11 на консольных выступах 8 на внутренней поверхности 2 корпуса 1, образуя шарнир, который обеспечивает подвижное соединение створок 3 с корпусом 1. При достижении контакта цилиндрической поверхности 5а створок 3 с внутренней поверхностью 2 корпуса 1 происходит остановка вращения створок 3 вокруг оси 0-0. Протез клапана сердца открывается, обеспечивая прохождение прямого потока крови I. При этом поток крови I ограничивается цилиндрическими восходящими поверхностями 4 створок 3, которые формируют центральный осесимметричный ламинарный поток крови I без внесения каких-либо возмущений со стороны элементов клапана. В результате достигаются минимальные энергетические потери, минимальный перепад давления на клапане и предотвращается травма крови. Кроме этого стенки корпуса 1 не только ограничивают вращение створок 3, но и препятствуют проникновению соединительной ткани и окружающих клапан сердечных структур внутрь корпуса 1, предотвращая ограничение подвижности створок 3.

При возникновении избыточного давления на выходе протеза начинается формирование обратного потока крови II, который, поскольку образующая поверхности 5b расположена под углом к оси потока II, воздействует на конусные поверхности 5b створок 3 и вызывает движение створок 3 вокруг оси 0-0 в положение закрытия. При этом выпуклые сферические поверхности 13 в пазах 9 створок 3 взаимодействуют с вогнутыми сферическими поверхностями 11 на консольных выступах 8 на внутренней поверхности 2 корпуса 1, образуя шарнир, который обеспечивает подвижное соединение створок 3 с корпусом 1. При достижении контакта боковой поверхности 7 с уступами 14 на внутренней поверхности 2 корпуса 1 створки 3 прекращают вращение и протез клапана сердца закрывается. Створки 3 взаимодействуют между собой поверхностями смыкания 6 и боковыми поверхностями 7 с уступами 14 на внутренней поверхности 2 корпуса 1, ограничивая обратный поток крови II и герметизируя протез клапана сердца. Наличие небольших зазоров между поверхностями 13 и 11 в шарнирном креплении створок 3 в корпусе 1, а также между поверхностями 7 и 2 в зоне расположения выступа 8, а также на участках поверхностей 6 обеспечивает снижение механической травмы форменных элементов крови и обеспечивает прохождение клинически незначимого обратного потока крови II, который промывает поверхности 2, 6, 11 и 13, предотвращая инициирование процесса тромбообразования.

Источники информации

1. Протез клапана сердца. Патент РФ №2113191.

2. Протез клапана сердца. Заявка на патент РФ №2006110832 А.